Кріосфера - студопедія
Кріосфера - переривчаста і непостійна по конфігурації оболонка Землі в зоні теплового взаємодії атмосфери, гідросфери і літосфери з негативними або нульовими температурами, при яких вода знаходиться в твердій фазі (лід, сніг, іній, мерзлота) або в переохолодженому стані.
Вода в твердому стані є кристалізується мінерал - лід, наявність якого в літосфері, гідросфері і атмосфері надає їм нові якості і дозволяє виділити особливі сфери (зони): кріолітосферу - зону мерзлих гірських порід, кріогідросферу - зону морських льодів, хіоносфери - зону негативних температур в атмосфері. Отже, криосфера займає особливе місце серед та всередині геосфер і може розглядатися самостійно, але фактично це певний стан приватних геосфер.
Поширення кріосфери (рис. 5.14) тісно пов'язане з природними умовами різних районів - суворої Арктики і Антарктики, високими горами і рівнинами полярних областей, де різко континентальний клімат стає причиною перетворення підземних вод в лід вічної мерзлоти. Для кріосфери характерна глобальна дисиметрія, коли в районах з холодним морським кліматом або вологим континентальним утворюються льоди наземні (льодовики), а в районах холодного сухого континентального клімату - льоди підземні.
Крижаний покрив. Сучасне заледеніння включає: заледеніння поверхні суші і верхніх горизонтів земної кори і крижаний покрив гідросфери - плавучі (прісноводні і морські) льоди. Лід слід розглядати як природний матеріал, який протягом сезонів року безперервно змінює свої властивості. Навіть в одному і тому ж географічному районі, на одному і тому ж місці лід восени і навесні настільки різний за своїми фізико-механічними властивостями, що представляє собою різні фізичні тіла. У природі зустрічається лише одна звичайна фаза замерзлої води - лід I. Крім неї існують п'ять інших стійких і одна нестійка різновиди льоду (за іншими джерелами, на Землі існує 14 різних типів льоду). Однак вони з'являються лише при величезному тиску і можуть бути отримані тільки в лабораторних умовах.
Мал. 5.14. Кріосфера земної кулі (Світ географії, 1984): 1 - область многолетнемерзлих гірських порід і крижаних покривів; 2 - області систематичного сезонного промерзання грунту; 3 - області короткочасного і несистематического промерзання грунту; 4 - області, позбавлені промерзання грунту
Льоди суші зустрічаються в формі тимчасових (сезонних) утворень, що з'являються в холодну пору року, і у вигляді багаторічного крижаного покриву, що включає наземні, плавучі і сповзають з берега шельфові льодовики, а також підземні льоди в районах вічної мерзлоти. Загальна площа багаторічних і сезонних снігів становить 115 млн км 2. або 22% земної поверхні. При сучасних кліматичних умовах Квазіпостійні крижаний покрив суші складається переважно з льодовиків.
За оцінкою Р. Флінта, обсяг сучасних льодовиків становить 24 × 10 6 км 3. Якщо розподілити цей обсяг рівномірно по поверхні суші, вона виявиться під крижаним покривом товщиною 182 м. Підраховано, що танення цих льодів підніме рівень Світового океану на 50-60 м і призведе до затоплення приблизно 20 млн км 2 суші. Загальний обсяг льодів на Землі в 32 рази перевищує масу всіх поверхневих вод суші. Потужність льоду в льодовикових щитах, за даними дистанційного зондування, іноді досягає 3400 м і більше (Гренландія, Антарктида).
Практично всі гори світу охоплені сучасним зледенінням. Поширення льодовиків підпорядковується широтной географічної зональності і висотної поясності, тому в залежності від географічної широти льодовики знаходяться на різній абсолютній висоті. Всі льодовики відчувають рух, і їх розміри мінливі в часі. Переміщаючись під дією сили тяжіння, льодовики і вмерзле в них породи виробляють величезну руйнівну роботу - екзарація (випахіваніе) поверхні гірських порід, транспортують продукти руйнування гірських порід і відкладають перенесений матеріал - морени.
Вічна мерзлота - це частина земної кори, яка характеризується середньою нульовою або негативною температурою. Площі, зайняті вічною мерзлотою, складають 21 млн км 2. або 14% суші. З них тільки 4,7% знаходиться в Південній півкулі, а 95,7% розташовані в Північному, головним чином, на північному сході Євразії, в Канаді, на островах Арктики і в Гренландії. Обсяг підземних льодів оцінюється в 0,2 млн км 3. Максимальної потужності (1500 м) шар вічної мерзлоти досягає в верхів'ях р. Мархи (приплив Вилюя).
Мерзлі грунти, як і льодовики, відображають не тільки сучасні кліматичні умови, а й обстановку минулих епох. Володіючи великою інерцією, вони зберігаються деякий час навіть при потеплінні клімату.
Плавучі льоди. Освіта плавучого льоду досить драматична подія в житті природи, оскільки сповільнюється обмін між океаном і атмосферою, що відбувається зазвичай через поверхню двох середовищ - рідкої і газоподібної.
Плавучий лід утворюється при охолодженні води нижче точки замерзання, яка різна для прісної і морської води. Зі зниженням температури щільність води збільшується, і, опускаючись, холодна вода витісняє більш теплу до поверхні. Такий процес називається конвекцією. Якщо охолодження триває, то потужність змішаного шару буде збільшуватися. Коли поверхневий шар води охолоне до точки замерзання і перестане опускатися, почнеться льодоутворення. Іншою умовою утворення льоду є наявність ядер кристалізації, навколо яких йде інтенсивне наростання льоду. У міру зростання крижані кристали змерзаються один з одним і утворюють пластичний шар льоду.
За своїми фізичними і механічними властивостями морський лід відрізняється від прісноводного, що обумовлено солоністю морської води. Солоність льоду коливається від 0 до 15 ‰, складаючи в середньому 3-8 ‰. За шкалою твердості мінералів твердість прісного льоду при 0 ° С близька до твердості кам'яної солі, при -30 ° С дорівнює твердості плавиковогошпату і його не бере навіть сталева пила.
Плавучі льоди класифікують за: походженням (морські, річкові, або виносяться в море, і материкові, або льодовикові), типу (крижані голки, сало, Снежура, шуга, нілас і ін.), Віком (початкові стадії освіти, молоді та багаторічні, або пакові - опріснені льоди віком понад два роки, потужність яких близько 2-2,5 м).
Особливе місце в цьому підрозділі займають айсберги, які формуються на суші. Хоча лід являє собою тверде тіло, він все ж повільно тече і від сповзаючого льодовика на лінії берега періодично відколюються величезні блоки. Оскільки щільність льоду становить близько 90% щільності морської води, айсберги залишаються на плаву. Приблизно 3/4 об'єму айсберга знаходиться під водою. Після свого утворення айсберги захоплюється океанічними течіями, виносяться в більш низькі широти і поступово тануть. Найбільше враження справляють антарктичні айсберги, які в порівнянні зі своїми північними побратимами володіють величезними розмірами. Число айсбергів шпалерах півкуль змінюється по роках.
Розподіл льодів в Світовому океані слідує закону географічної зональності, тому основними льодовими районами є полярні і приполярні області північної та південної півкуль.
Крижане кільце навколо Антарктиди має ширину від 280 до 1100 миль (1 морська миля рівна 1852 м). Середня межа поширення льодів в Південній півкулі проходить близько 59 ° пд.ш. однак її справжній стан також залежить від гідрометеорологічних умов і сектора Південного океану: індійського, тихоокеанського, атлантичного. Антарктида - країна льоду. Колосальні льодовики сповзають до урізу води, формуючи своєрідні крижані берега Південного океану. Займана антарктичними айсбергами площа становить в середньому за рік близько 62,5 млн км 2. Основна маса морських льодів формується в морях Уеддела, Беллінсгаузена і Росса, звідки під дією течій і вітрів вони переносяться на північ.
Роль крижаного покриву. Вода в твердому стані також грає важливу роль в реалізації волого і теплообміну земної поверхні. По-перше, крижаний і сніговий покрови беруть участь в енергетичному бюджеті Світового океану. Вода - хороший поглинач сонячної енергії, а лід, особливо прісний, і сніг - дуже гарні відбивачі. Якщо чиста вода поглинає близько 80% надходить радіації, то морський лід може відображати до 80% і більше. Внаслідок цього суша і океани отримують менше сонячної радіації, так як значна частина її відбивається крижаною поверхнею. По-друге, освіта морського льоду в значній мірі зменшує взаємодію океану з атмосферою, затримуючи поширення конвекції в глиб океану. По-третє, прямі і розсіяні промені Сонця легко проходять через крижаний покрив і, досягаючи верхнього шару води, майже повністю поглинаються. Зворотною віддачі підлідної водою тепла в атмосферу не відбувається, так як лід затримує довгохвильове випромінювання і створює, подібно склу, парниковий ефект. Перенесення тепла повинен здійснюватися вже через лід - дуже поганий провідник тепла. Завдяки цьому лід не тільки оберігає лежать під ним шари води від охолодження, але і сприяє їх нагрівання. По-четверте, в покритих льодом полярних областях процеси переносу тепла і прихованої теплоти пароутворення, найважливіші в тепловому балансі океану, фактично зупиняються. В результаті різниця температур атмосфери між тропіками і полярними областями різко збільшується. Це призводить до більш енергійної циркуляції в глобальній системі вітрів, що, в свою чергу, обумовлює більш потужний атмосферний теплоперенос до полюсів.